Schwarze Löcher sind wie riesige „Garnkugeln“, besagt eine neue Studie. Die Studie versucht die Debatte über Stephen Hawkings berühmtes Informationsparadoxon zu den Akten zu legen. Das Problem entstand durch Hawkings Schlussfolgerung, dass jede Information, die in ein Schwarzes Loch gelangt, es niemals wieder verlassen kann. Diese Schlussfolgerung folgt den Gesetzen der Thermodynamik, aber widerspricht den fundamentalen Gesetzen der Quantenmechanik.
„Aus der Stringtheorie wissen wir, dass die Masse eines Schwarzen Lochs nicht in das Zentrum gezogen wird“, sagte Samir Mathur, der Hauptautor der Studie und Professor für Physik an der Ohio State University. „Das Schwarze Loch versucht, die Dinge bis zu einem Punkt zu komprimieren, aber dann werden die Teilchen zu diesen Strings langgezogen. Die Strings beginnen länger zu werden und zu expandieren und werden zu diesem ‚Fuzzball‘ (etwa: ‚Garnkugel‘), der die Gesamtheit des Schwarzen Lochs ausfüllt“, sagte er.
Die Studie wurde am 28. Dezember 2021 im Turkish Journal of Physics veröffentlicht und ergab, dass die Stringtheorie fast sicher die Antwort auf Hawkings Paradoxon enthält, wie die Autoren der Studie ursprünglich vermutet hatten. Die Physiker bewiesen Theoreme, um zu zeigen, dass die „Fuzzball“-Theorie die wahrscheinlichste Lösung für Hawkings Informationsparadoxon bleibt. Die Forscher haben außerdem einen Essay darüber veröffentlicht, wie diese Arbeit lange bestehende Rätsel der Kosmologie lösen könnte. Der Essay erschien im Dezember im International Journal of Modern Physics.
Im Jahr 2004 veröffentlichte Mathur eine Studie, laut der Schwarze Löcher vergleichbar mit sehr großen, massereichen „Garnkugeln“ sind. Diese „Fuzzballs“ werden größer und massereicher, wenn Objekte hineingezogen werden. „Je größer das Schwarze Loch und je mehr Energie hineingelangt, desto größer wird der Fuzzball“, sagte Mathur. Die Studie ergab, dass die Stringtheorie – die physikalische Theorie, laut der alle Teilchen im Universum aus vibrierenden Strings bestehen – die Lösung für Hawkings Paradoxon sein könnte. Mit dieser Fuzzball-Struktur strahlt das Schwarze Loch wie jeder normale Körper und es gibt kein Rätsel.
Nach Mathurs Studie von 2004 und anderen, ähnlichen Arbeiten dachten viele Leute, dass das Problem gelöst war. „Aber in Wirklichkeit dachte eine Gruppe innerhalb der Stringtheoriegemeinschaft selbst, dass sie nach einer anderen Lösung für Hawkings Informationsparadoxon suchen wird. Sie störte sich daran, dass sich die gesamte Struktur des Schwarzen Lochs physikalisch betrachtet geändert hatte“, sagte er.
In den letzten Jahren versuchten mehrere Studien Hawkings Schlussfolgerungen mit dem alten Bild des Schwarzen Lochs in Einklang zu bringen, das man sich wie einen leeren Raum mit seiner gesamten Masse im Zentrum vorstellen kann. Eine Theorie – das Wurmloch-Paradigma – schlug vor, dass Schwarze Löcher ein Ende einer Brücke im Raumzeitkontinuum sein könnten. Demnach würde alles, was in ein Schwarzes Loch gelangt, am anderen Ende der Brücke (dem anderen Ende des Wurmlochs) an einem anderen Ort in der Raumzeit wieder austreten.
Damit das Wurmloch-Bild funktioniert, muss jedoch etwas energiearme Strahlung vom Rand des Schwarzen Lochs entkommen. Diese neue Studie bewies ein Theorem, um zu zeigen, dass Schwarze Löcher in dem Fall anscheinend nicht so strahlen würden, wie sie es tun. Die Forscher untersuchten auch die physikalischen Eigenschaften von Schwarzen Löchern, darunter den Topologiewechsel in der Quantengravitation, um festzustellen, ob das Wurmloch-Paradigma funktionieren würde.
„In jeder Version, die für den Wurmloch-Ansatz propagiert wurde, stellten wir fest, dass die Physik nicht konsistent war“, sagte Mathur. „Das Wurmloch-Paradigma versuchte zu argumentieren, dass man sich ein Schwarzes Loch in gewisser Weise immer noch als effektiv leer mit all seiner Masse im Zentrum vorstellen kann. Und die von uns bewiesenen Theoreme zeigen, dass ein solches Bild eines Schwarzen Lochs keine Möglichkeit ist.“
Neben Mathur wirkten Madhur Mehta, Marcel R. R. Hughes und Bin Guo von der Ohio State University an der Studie mit.
(THK)
Antworten